JP2002296457A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高性能な光モジュールを低コストで実現する
こと。 【解決手段】 光半導体素子１０と、光半導体素子１０
の発光部または受光部に光結合させる光ファイバ４０と
から成り、光ファイバ４０の一端部を光半導体素子１０
の発光部または受光部の上方に配置するとともに、光フ
ァイバ１０の外周部に光半導体素子１０に通電するため
の導体膜を形成した光モジュールとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバ通信の送
信部光源や受信受光部等に使用される光モジュールに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信で使用する光モジュール
は、伝送媒体である光ファイバと、電気信号と光信号を
光電変換する光半導体素子とを高精度に位置決めした光
伝送コンポーネントである。

【０００３】光半導体素子のうち、光信号を電気信号に
変換する受光面を持つ面型フォトダイオードと、電気信
号を光信号に変換する発光素子のうち面発光レーザにつ
いては（以下、総称して面型光半導体素子と呼ぶ）、そ
の実装面と光出射方向が直交するため、光ファイバとの
結合構造に多くの工夫がなされてきた。

【０００４】図３はその一例として面型光半導体素子で
ある面発光レーザ１０１と光ファイバ１１１の光結合構
造を示したものである（例えば、特開２０００−５６１
８１号公報を参照）。図３に示すように、面発光レーザ
１０１は基板１０４上に発光部１０２を上方に向けて実
装され、給電（通電）のための金属ワイヤ１０８（以
下、ワイヤ）がループを形成して給電（通電）パッド１
０３と基板１０４に形成された電極１１２とを接続して
いる。面発光レーザ１０１の実装固定には、基板１０４
上に高精度で形成したマーカーと面発光レーザ１０１の
位置を画像処理装置などで観察しながら位置決めするパ
ッシブアライメント工法が用いられる。

【０００５】面発光レーザ１０１からの出射光１０９
は、上部に配された透明なクラッド１１１ｂを透過して
コア１１１ａに入射するが、光ファイバ１１１の端面１
１０はその光軸に対して４５度の角度で加工されてお
り、その加工面で入射光を反射し光ファイバ１１１に導
かれる。その時、加工面には反射効率を高くするために
反射膜（図不示）が形成されることがある。

【０００６】光ファイバ１１１はファイバ保持基板１０
５に保持固定されるが、固定を高精度かつ容易にするた
めに光ファイバ１１１をＶ溝（不図示）に沿わせて載置
し、所定の位置に来るよう位置決めして固定される。こ
の時、４５度の斜面に加工された光ファイバ端面１１０
と発光部１０２に対して正確に対向させることが必要な
ため、光ファイバ１１１の回転方向の調整も行われる。
この調整は端面１１０の角度を上部などから観察しなが
ら光ファイバ１１１全体を回転させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記結
合構造は以下に示す問題がある。

【０００８】第一に、面型光半導体素子に接続するワイ
ヤ配線が発光部あるいは受光部と同じ方向に形成される
ことから、両者の接触が懸念される。一般に、発光部お
よび受光部と光ファイバの間隔が短いほど両者の結合効
率は高くなる。それにより光信号を高効率に長距離伝送
ができるが、図３に示す構造においては、両者の接触を
避けるために自ずとその最短間隔に制限が生じる。

【０００９】また、ワイヤと光ファイバの位置関係を調
整することにより、この問題はある程度回避できるが、
面型光半導体素子の実装構造や配線構造、および光ファ
イバの載置構造の自由度が下がる。ひいては所望の動作
特性を容易に得ることが困難になる。

【００１０】第二に、ワイヤには一定長さの余長による
ループを持たせるが、それによってワイヤが長くなり、
電気的特性にも悪影響を及ぼす。具体的にはワイヤの持
つインダクタンス成分によって電気信号が減衰し、高速
の駆動ができないと。

【００１１】第三に、光ファイバの位置決め固定に時間
を要すことが挙げられる。すなわち、上記の実装組立に
おいては、光ファイバと面型光半導体素子の相対位置を
正確に保つために、基板に対する面型光半導体素子の実
装精度、基板に対するファイバ保持基板の固定精度、お
よびファイバ保持基板に対する光ファイバの固定精度、
それぞれにμｍオーダーの高精度実装が要求される。

【００１２】一般に、面型光半導体素子と光ファイバと
の相対位置を高精度に保つことが光伝送モジュールにお
いては肝要である。例えば、面発光レーザの場合、その
精度は多モード光ファイバで約１５μｍ、単一モード光
ファイバで約２μｍが要求される。上記の三箇所の実装
精度を合計した値をこれらの高精度に収めることは非常
に困難であるので、パッシブアライメントと呼ばれる機
械的位置決めによる簡易な実装方法が成立しない。従っ
て、面型光半導体素子に対し光ファイバの位置を決める
高精度なアライメント操作によって、両者の位置関係を
高精度に保たなければならない。これにより、光モジュ
ールの実装組立コストが高くなる。

【００１３】特に、４５度の斜面に加工した光ファイバ
の端面を位置合わせする操作は、透明なガラス繊維を上
方から観察しながら位置決めすることであり、一般的に
視認性が低く、その組立に多くの時間を費やすこととな
る。特に、画像認識装置などを用いた自動組立を用いる
ことが難しく、人手に頼った組立を強いられる。４５度
に加工した端面に反射膜が形成されていても、上方から
観察すると楕円に見える面の角度を位置合わせすること
は容易ではない。これらの理由によって自ずと光モジュ
ールの実装組立コストを高くする。

【００１４】そこで本発明は、前述の諸問題を解消し、
高性能な光モジュールを低コストで実現可能な優れた光
モジュールを提供することを目的としている。

【問題点を解決するための手段】以上述べた問題点を解
決するため本発明による光モジュールは、光半導体素子
と、該光半導体素子の発光部または受光部に光結合させ
る光ファイバとを備えるとともに、前記光ファイバの一
端部を前記光半導体素子の発光部または受光部の上方に
配置し、かつ前記光ファイバの外周部に前記光半導体素
子に通電するための導体膜を形成したことを特徴とす
る。

【００１５】また、上記の光モジュールにおいて、前記
光半導体素子と、前記光ファイバの外周部に形成した導
体膜に接続する給電（通電）用の配線パターンを形成し
た絶縁性の支持体とを並設したことを特徴としている。
ここで並設とは光半導体素子と支持体が接触して、また
は一定間隔にて配列されていることである。

【００１６】また、前記導体膜は、前記光ファイバを前
記光半導体素子に対し位置合わせするパターン形状に形
成されていることを特徴としている。

【００１７】さらに、前記導体膜の中央部は、前記光フ
ァイバの上面側半外周部にのみに形成されていることを
特徴としている。これは光ファイバ上面側の半周以下に
導体膜が形成されており、下面側の半周以上は導体膜が
無いことを指す。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明の光モジュールを示す斜視図
である。（ａ）は光ファイバが載置固定された状態、
（ｂ）は光ファイバを載置固定する前の状態を示す。図
２は側面図を示す。

【００２０】光半導体素子１０は、表面１１に発光部あ
るいは受光部（活性領域）１２が、その周囲に給電（通
電）用の導体膜である円形電極１３とが形成されてい
る。円形電極１３はその横に形成された給電（通電）パ
ッド１４に接続されており、ここから表面側への給電
（通電）が可能となる。光半導体素子は発光素子として
面発光レーザ、受光素子としてフォトダイオードがあ
る。

【００２１】この光半導体素子１０が基板２０に実装さ
れている。基板２０上には導体膜による電極２１が予め
形成されており、通常はハンダを用いて光半導体素子１
０を固定することによってその裏面側に給電（通電）を
行う。ハンダは融点が２８０℃の金−錫ハンダが一般的
に用いられ、予め電極２１上に形成しておくか、プリフ
ォームとして供給する。あるいはハンダの代わりに導電
性接着剤を用いても良い。導電性接着剤としては微小な
金属粒（金属フィラー）を含んだ樹脂がある。

【００２２】光半導体素子１０に並設して支持体３０が
配置されている。支持体３０はセラミックスやガラスな
どの絶縁体で形成されており、その表面に給電（通電）
用の導体膜である電極３１が形成されている。図１およ
び図２における支持体３０はＬ字型であり、光半導体素
子１０のコーナー１５に当接させて固定されている。こ
れによって基板２０に対する光半導体素子１０の実装精
度が不十分であっても支持体３０との位置関係は高精度
になる。支持体３０の厚みは光半導体素子１０の厚みと
ほぼ同じに設定されている。

【００２３】光ファイバ４０は、その端面４１が光軸に
対して略４５度の傾斜面に加工されている。ガラス製光
ファイバの加工方法は研磨、あるいは劈開であり、光学
面が形成されている。加工面には反射率の仕様に合わせ
て反射膜を施しておいても良い。（不図示）光ファイバ
４０の所定の位置には通電用の導体膜４２が施されてい
る。導体膜４２の材質はニッケルを下地とした金が用い
られる。金は接合性が高い金属であるが、光ファイバを
構成する石英ガラスに直接金を固着させることができな
いため、中間にニッケルを介在させることでガラスの表
面に薄膜状に固着できる。

【００２４】導体膜４２は、両端部４２ａ、４２ｂにお
いて光ファイバ４０の全周に渡って形成されており、そ
の中央部４２ｃは後述する理由によって上面側半外周に
形成されている。そして、両端部４２ａ，４２ｂと中央
部４２ｃの寸法形状は、光半導体素子１０の給電（通
電）パッド１４と支持体の上面電極３１ａのパターン、
および両者の間隔に合わせてある。

【００２５】この光ファイバ４０を光半導体素子１０と
支持体３０に対して位置を決めて固定する。

【００２６】光ファイバ４０上に形成した薄膜金属から
なる導体膜４２はガラスと比較して視認性が高いため、
位置決め工程が効率的に行える。例えば、上部からの画
像認識装置を用いた位置決め機構を用いることも容易に
できる。

【００２７】支持体３０の厚さを光半導体素子１０とほ
ぼ同じに設定しているのは、この際に光ファイバを基板
２０に対して水平に保つためであり、機械的に安定した
固定を実現する。

【００２８】位置決め後の固定にはハンダなどの接合材
を用いる。ハンダは予め給電（通電）パッド上と電極上
に形成しておいても良いし、プリフォームを供給しても
良い。光半導体素子１０を固定するハンダに金−錫ハン
ダを用いるのであれば、それよりも融点の低いハンダ、
例えば融点１８３℃の錫−鉛ハンダを用いれば、光半導
体素子１０の固定に用いた金−錫ハンダを再溶融させて
位置ずれさせることが無い。

【００２９】中央部の導体膜４２ｃを上面半外周部にの
み形成する第一の理由としては、下面側に形成した導体
膜によって光半導体素子表面の意図せぬ部位間をショー
ト（短絡）させてしまうことを防ぐためである。

【００３０】第二の理由は、導体膜４２の中央部は、従
来用いているワイヤと比較して幅と厚みの設計に余裕が
あるため、所望の電気的特性を得ることが容易である。

【００３１】さらに第三の理由は、中央部の上面半外周
の導体膜を光ファイバ端面形状に対して高精度に形成て
おけば、光ファイバの回転角によって導体膜表面とガラ
ス表面の位置関係を上部から観察しながら光ファイバの
回転方向を容易に位置決めできる。特に、前述の画像認
識装置を用いた位置決め機構を用いる際には、この特徴
的なパターンが認識速度と精度を向上させるため、光フ
ァイバの位置決め固定を容易にする一助となる。

【００３２】なお、光ファイバの位置決め固定において
は、ハンダの溶融硬化によるセルフアライメント効果も
働く。導体膜４２と給電（通電）パッド１４と電極３１
の相対位置関係が自動的にアライメントされた状態が得
られるため、固定前の位置決め精度が不十分であっても
それを補うことができる。従って、一般的に時間を要す
るアライメント時間が短縮でき実装組立時間が低減でき
る。

【００３３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の光
モジュールによれば、光ファイバの外周に施された導体
膜を介して光半導体素子へ給電（通電）されるため、従
来の金属ワイヤによる給電（通電）方法に比べて光ファ
イバと光半導体素子の位置関係を近付けることができ
る。よって高い光結合効率が得られる。ひいては光信号
を高効率に長距離伝送する光モジュールが構成できる。
しかも両者の位置関係が任意に且つ正確に設定できるた
め、実装構造や配線構造に自由度が増し、所望の動作特
性を容易に得ることができる。

【００３４】また、導体膜の幅と厚みを制御することで
電気的特性が向上し、所望の動作特性を容易に得られ
る。一般的には高速に光半導体素子を駆動できる。

【００３５】さらに、実装組立工程において、光ファイ
バに形成した導体膜によって光半導体素子と光ファイバ
の位置関係を高精度に位置決めすることができる。とり
わけ光ファイバの回転方向の位置決めが容易になる。導
体膜の視認性は高く、画像認識を用いた自動組立が容易
に適用できる。ひいては光モジュールを高性能かつ低コ
ストに実装組立できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光モジュールの一実施形態を模式
的に示す斜視図である。

【図２】本発明に係る光モジュールの一実施形態を模式
的に示す側面図である。

【図３】従来の光モジュールを示す断面図である。

【符号の説明】

１０：光半導体素子 １１：表面 １２：発光部あるいは受光部 １３：円形電極 １４：給電（通電）パッド ２０：基板 ２１：電極 ２２：電極 ３０：支持体 ３１、３１ａ：電極 ４０：光ファイバ ４１：４５度加工面 ４２（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）：導体膜 １０１：面発光レーザ １０２：発光部 １０３：給電（通電）パッド １０４：基板 １０５：ファイバ保持基板 １１１：光ファイバ １１２：４５度加工面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光半導体素子と、該光半導体素子の発光
   部または受光部に光結合させる光ファイバとを備えると
   ともに、前記光ファイバの一端部を前記光半導体素子の
   発光部または受光部の上方に配置し、かつ前記光ファイ
   バの外周部に前記光半導体素子に通電するための導体膜
   を形成したことを特徴とする光モジュール。
2. 【請求項２】 前記光半導体素子と、前記光ファイバの
   外周部に形成した導体膜に接続する通電用の配線パター
   ンを形成した絶縁性の支持体とを並設したことを特徴と
   する請求項１に記載の光モジュール。
3. 【請求項３】 前記導体膜は、前記光ファイバを前記光
   半導体素子に対し位置合わせするパターン形状に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１乃至２に記載の光モ
   ジュール。
4. 【請求項４】 前記導体膜の一部が、前記光ファイバの
   上面半外周部にのみに形成されていることを特徴とする
   請求項３に記載の光モジュール。